Ученые разработали «невозможный» микротепловой двигатель, который бросает вызов пределу Карно

Исследователи разработали "микротепловой двигатель", который бросает вызов пределу Карно, достигая высокой эффективности и мощности на микроскопическом уровне.

Ученые разработали «невозможный» микротепловой двигатель, который бросает вызов пределу Карно

Разработка высокоэффективного теплового двигателя, способного генерировать максимальную мощность при сохранении высокой эффективности, долгое время представляла собой сложную задачу в области физики и инженерии. Практические тепловые двигатели ограничены теоретическим пределом эффективности, известным как предел Карно, который определяет максимальное количество тепла, которое можно преобразовать в полезную работу.

Однако исследователи из Индийского института науки (IISc) и Центра передовых научных исследований имени Джавахарлала Неру (JNCASR) добились прорыва и разработали новый "микротепловой двигатель," который позволил преодолеть это ограничение в лабораторных условиях. Их работа была опубликована в журнале Nature Communications.

Аджай К. Суд, профессор национальной научной кафедры кафедры физики IISc и главный научный консультант Правительства Индии, отмечает:

Мы продемонстрировали, что то, что ранее считалось невозможным, теперь стало реальностью: достижение одновременно высокой эффективности и высокой мощности.

Тепловые двигатели конвертируют тепло в работу, например, перемещая поршень в определенном направлении. Согласно теории Карно, двигатель работает с максимальной эффективностью, если при обратном процессе — когда поршень возвращается в исходное состояние — тепло не теряется. Однако это практически реализуется только в случае медленных процессов, что, в свою очередь, означает, что выходная мощность двигателя близка к нулю, что делает его малоэффективным.

Судиш Кришнамурти, один из авторов исследования и бывший аспирант кафедры физики IISc, объясняет:

С начала 2000-х годов исследователи пытались найти компромисс между эффективностью и мощностью. В 2017 году утверждалось, что разрешить эту термодинамическую загадку невозможно.

В рамках своего исследования команда создала микротепловой двигатель, имитирующий функционирование традиционного теплового двигателя в микромасштабе. Вместо смеси газа и топлива они использовали маленький коллоидный шарик и управляли его движением при помощи лазерного луча, как это происходит с поршнем в крупномасштабных двигателях.

Раджеш Ганапати, профессор JNCASR и еще один автор, добавляет:

Наш уникальный микродвигатель работает с одной частицей и имеет размеры приблизительно 1/100 человеческого волоса.

Исследователи также использовали быстро изменяющееся электрическое поле для переключения двигателя между двумя состояниями. В результате этого они смогли значительно снизить рассеивание тепла, приближаясь к эффективности, близкой к 95% от предела Карно.

Эти результаты открывают новые перспективы для разработки более эффективных устройств в будущем и могут быть шагом вперед к преодолению термодинамических ограничений, установленных Карно в предшествующих исследованиях.

Читайте также

Greenworks представила компактный гайковёрт IW3450 с крутящим моментом до 580 Нм

Greenworks представила компактный гайковёрт IW3450 с крутящим моментом до 580 Нм

Нейросеть обучили слушать города и распознавать источники шума

Нейросеть обучили слушать города и распознавать источники шума

Телевизоры Samsung заподозрили в слежке за пользователями через микрофоны и скриншоты

Телевизоры Samsung заподозрили в слежке за пользователями через микрофоны и скриншоты

Учёные научились передавать запахи через интернет с помощью искусственного интеллекта

Учёные научились передавать запахи через интернет с помощью искусственного интеллекта

Российский композит ускорит регенерацию тканей

Российский композит ускорит регенерацию тканей

Петербургские ученые придумали «мосты» между разными поколениями техники

Петербургские ученые придумали «мосты» между разными поколениями техники

МАИ разработал технологию облегчения самолетов на 25%

МАИ разработал технологию облегчения самолетов на 25%

Ошибка в цифровых сертификатах поставила под угрозу безопасность миллионов устройств

Ошибка в цифровых сертификатах поставила под угрозу безопасность миллионов устройств

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Почему электромобилям не нужна коробка передач — и зачем Porsche все-таки ее использует?

Почему электромобилям не нужна коробка передач — и зачем Porsche все-таки ее использует?

Восьминогий робот имитирует механику движения паука

Восьминогий робот имитирует механику движения паука

Самарские студенты создадут рой пикоспутников на орбите без топлива

Самарские студенты создадут рой пикоспутников на орбите без топлива

Метод шифрования данных «назад во времени» основан на теории хаоса

Метод шифрования данных «назад во времени» основан на теории хаоса

На PlayStation 5 научились запускать игры из Steam — даже Cyberpunk 2077 и GTA

На PlayStation 5 научились запускать игры из Steam — даже Cyberpunk 2077 и GTA